(57)【要約】【課題】高出力化された光源および大きな表示面積において均一な強度の光を確保しつつ、効率よく冷却が可能な投射型表示装置および冷却構造を提供する。【解決手段】この発明の表示装置は、ＤＭＤ（画像生成装置）５１−１とランプ３１との間に、ランプからの光をＲ，Ｇ，Ｂ映像信号に対応する画像光に変換するフィルタ５１−２とＤＭＤに照射される光の面内の強度分布を均一化するライトパイプ５１−３により生じる熱を、ＤＭＤを冷却した気流により続いて冷却可能で、その気流をさらにランプのリフレクタ３２の近傍に案内する通路２３を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光に所定の色成分を与えるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により所定の色成分が与えられた光を画像信号に従って空間変調する画像生成手段と、
前記画像生成手段により空間変調された光を所定位置に投写する投写手段と、
前記フィルタ手段に入力される光の面内強度を均一化する均一化手段と、
前記画像生成手段に案内された後の気流を、前記フィルタ手段および前記均一化手段に案内する気流通路と、
を有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記フィルタ手段、前記画像生成手段、前記投写手段、前記均一化手段および前記気流通路のそれぞれは、単一の容器内に収納されていることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記画像生成手段に向けて外部から気流を取り込む第１のファンと、
前記第１のファンにより取り込まれ、前記気流通路を案内された気流を外部へ送出する第２のファンと、
をさらに有することを特徴とする請求項１または２記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記気流通路は、前記画像生成手段に案内された気流を前記フィルタ手段および前記均一化手段に案内するための構造体により区画されていることを特徴とする請求項１または２記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記気流通路は、前記均一化手段の近傍から前記画像生成手段よりも耐熱性の高い熱源要素に案内されることを特徴とする請求項１または４記載の投写型表示装置。
【請求項６】
光源からの光に所定の色成分を与えるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により所定の色成分が与えられた光を画像信号に従って空間変調する画像生成手段と、
前記画像生成手段により空間変調された光を所定位置に投写する投写手段と、
前記フィルタ手段に入力される光の面内強度を均一化する均一化手段と、
前記画像生成手段に案内された後の気流を、前記フィルタ手段および前記均一化手段に案内する気流通路と、
光源の周囲を覆うとともに、前記気流通路を通過した気流が流入可能で、前記フィルタ手段および前記均一化手段を冷却した気流により光源を冷却可能とする遮蔽部材と、
を有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項７】
少なくとも前記画像生成手段の動作に利用される電力を供給可能な電源手段を通過した気流を、光源の周囲を覆う遮蔽部材により規定される空間内にも導き入れることにより、前記気流通路を通過した気流とにより、光源の周囲を覆う遮蔽部材により規定される空間内を冷却したのち、外部へ排出可能としたことを特徴とする請求項６記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記気流通路に案内される気流は前記第１のファンにより取り込まれ、前記第２のファンにより、前記気流通路から排出される気流が上記光源の周囲を覆う遮蔽部材により規定される空間内に送り込まれ、この空間内を冷却した後、外部へ排出されることを特徴とする請求項６記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記電源手段を通過する気流および前記気流通路に案内される気流は前記第１のファンにより取り込まれ、前記第２のファンにより、前記気流通路から排出される気流が光源の周囲を覆う遮蔽部材により規定される空間内に送り込まれ、この空間内を冷却した後、外部へ排出されることを特徴とする請求項７記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記電源手段を覆う外装部材の一部が前記画像生成手段に案内された気流を前記フィルタ手段および前記均一化手段に案内するための構造体の一部と共用されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
光源の周囲を覆う前記遮蔽部材により規定される空間内を冷却した後の気流を、所定の方向に送出する第３のファンが設けられていることを特徴とする請求項８または９記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
第１の保障温度で動作可能な第１の冷却対象と、
第１の保障温度よりも高い第２の保障温度で動作可能な第２の冷却対象と、
前記第１の冷却対象の冷却に利用された気流を前記第２の冷却対象の冷却に利用可能に案内する気流案内構造と、
を有することを特徴とする冷却構造。
【請求項１３】
前記第２の保障温度よりも高い第３の保障温度で動作可能な第３の冷却対象を前記気流案内構造を通過した気流により冷却可能に第３の冷却対象に案内する第２の気流案内構造をさらに有することを特徴とする請求項１２記載の冷却構造。
【請求項１４】
前記第１の冷却対象に、外部から取り込んだ気流を案内する第１のファンと、
前記第１のファンにより案内され、前記第１の冷却対象および第２の冷却対象との冷却に利用された気流を外部へ誘導する第２のファンと、
をさらに有することを特徴とする請求項１２記載の冷却構造。
【請求項１５】
外気を取り込む吸気ファンと、
前記吸気ファンにより取り込まれた冷却風により冷却される第１の保障温度で動作可能な第１の冷却対象と、
前記第１の冷却対象を冷却した上記冷却風を前記第１の保障温度よりも高い第２の保障温度で動作可能な第２の冷却対象に導く第１の通路と、
前記第１の通路に導かれた前記第１の冷却対象を冷却した冷却風を前記第２の保障温度よりも高い第３の保障温度で動作可能な第３の冷却対象に導く第２の通路と、
前記第２の冷却対象を冷却した上記冷却風を前記第３の冷却対象に送出する中継ファンと、
前記第３の冷却対象を冷却した上記冷却風を外部に排出する排気ファンと、
を有することを特徴とする冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光空間変調素子を含む画像生成装置により生成された画像を投写する投写型表示装置および冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間変調素子としてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ，商標）を用いた投写型表示装置が既に実用化されている。
【０００３】
投写型表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂのフィルタを用いて光源からの光に所定の色を与えた光を、ＤＭＤにより空間変調し、空間変調により得られた画像光を投写して表示画像を得るものである。
【０００４】
近年、最終的な表示画像の大きさをより大きくする要求や、明るい室内においても鮮明な画像が得られることの要求に応じるため、光源の大型化（高出力化）および光源からの光の強度分布の均一化が望まれている。
【０００５】
しかしながら、光強度分布の均一化は、最終的な表示画像として利用可能な光の強度の損失を伴い、また光源が高出力化されるに従って、発熱量が増加する問題がある。
【０００６】
このため、多くの場合、光源またはその周辺に気流を与えて冷却する方法がとられる。
【０００７】
なお、投射型表示装置の冷却技術を開示する文献として、特許文献１ないし３がある。
【０００８】
例えば特許文献１には、光学系を冷却した気流を、電源ケース内部を通過させて、外部へ排出する例が示されている。
【０００９】
例えば特許文献２には、光学素子が配置される鏡室内のほこり等の影響を抑制するために設けた遮光板の放熱に関する記載がある。
【００１０】
例えば特許文献３には、光源からの光の強度分布を均一化するために、ライトパイプを用いる例が示されている。
【特許文献１】特開２０００−３３０２０２公報
【特許文献２】特開２００２−３１８４２３公報
【特許文献３】米国特許第６３４３８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１および２に記載の冷却技術は、光の強度分布を均一化できるが、反面、損失が大きな光源とは別の冷却を必要とする光学要素、すなわち均一化手段に関する記載は見当たらない。
【００１２】
また、特許文献３には、均一化手段は記載されているが、冷却については、言及されていない。
【００１３】
なお、特許文献１ないし３を組み合わせることは容易であるが、今日のような高出力化された光源および大きな表示面積において均一な強度の光の要求に応える冷却方法または装置は実現されていない。
【００１４】
本発明の目的は、高出力化された光源および大きな表示面積において均一な強度の光を確保しつつ、効率よく冷却が可能な投射型表示装置および冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、光源からの光に所定の色成分を与えるフィルタ手段と、前記フィルタ手段により所定の色成分が与えられた光を画像信号に従って空間変調する画像生成手段と、前記画像生成手段により空間変調された光を所定位置に投写する投写手段と、前記フィルタ手段に入力される光の面内強度を均一化する均一化手段と、前記画像生成手段に案内された後の気流を、前記フィルタ手段および前記均一化手段に案内する気流通路と、を有することを特徴とする投写型表示装置、を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、本発明においては、装置に内部に取り入れた冷却風を、耐熱温度の低い要素（冷却対象）から冷却可能に装置内部で案内し、耐熱温度の低い要素の冷却に利用された冷却風を、耐熱温度の高い冷却対象を冷却可能に装置内部に誘導することで、冷却効率が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態が適用される投写型表示装置の一例を示す。
【００１９】
図１に示すように、光空間変調素子としてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いた投写型表示装置１は、筐体２を有する。
【００２０】
筐体２の所定の概ね中央には、白色光を出力可能な光源３が設けられている。光源すなわちランプボックス３は、例えば超高圧水銀ランプまたはキセノンランプ等である放電灯３１（図２参照）と、放電灯３１の周囲を覆うとともに、放電灯から出力された光を所定方向に集約して放射するリフレクタ３２を含む。
【００２１】
ランプボックス３の近傍には、放電灯３１を点灯する点灯回路（ランプ駆動回路）を含む電源部４が設けられている。なお、電源部４は、以下に説明する個々の要素や可動部、ならびに詳述しない制御回路の電源としても利用される。
【００２２】
ランプボックス３と電源部４を除いた筐体２内の所定の位置には、出力すべき画像情報を生成し、筐体２の外部に向けて所定の倍率で投写する画像投写部５が設けられている。
【００２３】
画像投写部５は、画像信号に基づいて投写すべき画像光を生成する画像生成装置５１、画像生成装置５１にランプボックス３の放電灯３１からの光を案内する入射光学系５２、画像生成装置５１で生成された画像光を拡大して投写する投写レンズ系５３を含む。
【００２４】
筐体２の電源部４と画像投写部５が設けられる側には、電源部４および画像投写部５を冷却するための気流を筐体内部に提供可能な吸気口２１が設けられている。吸気口２１と電源部４および画像投写部５との間には、吸気口２１により筐体内部に流入される気流を筐体内部の少なくとも画像投写部５に送り込むための第１のファン２２が位置されている。なお、第１のファン２２は、例えば一般的な軸流型のファンである。また、第１のファン２２は、電源部４および画像投写部５のそれぞれに独立に設けられてもよいことはいうまでもない。
【００２５】
画像投写部５とランプボックス３との間には、第１のファン２２により筐体内部に供給される気流を、電源部４と画像投写部５との間の空間を経由してランプボックス３に案内する通路２３が形成されている。
【００２６】
通路２３は、図２に示すように、吸気口２１から取り込まれた冷却風を、画像投写部５の画像生成装置５１に設けられる放熱フィン５１ａ（図４に、抜き出して示す）の近傍から画像投写部５とランプボックス３との間の空間に導くための第１および第２のダクト部材２３ａ，２３ｂおよび第１および第２のダクト部材２３ａ，２３ｂと協働して通路２３を形成する第３のダクト２３ｃにより規定される。また、ダクト部材２３ｂは、電源部４の外装（外壁）部分と、その一部が共用されている。
【００２７】
通路２３において、第１のファン２２と近接する側（入り口側すなわち気流上流側）と逆の側（出口側すなわち気流下流側）には、通路２３を通過される気流をランプボックス３内部およびランプボックス３の周囲に案内する第２のファン２４が設けられている。すなわち、第２のファン２４には、ダクト部材２３ａ，２３ｂおよび第３のダクト２３ｃにより規定される通路２３を通過した（既に画像生成装置５１の冷却に利用された）気流が供給される。
【００２８】
なお、画像生成装置５とランプボックス３との間の通路２３すなわち図２に示す入射光学系５２（図５に説明するライトパイプ５１−３とカラーフィルタ５１−２）の近傍を、上述したダクト部材２３ａ，２３ｂにより共有可能な、密閉空間とすることにより、第１のファン２２から第２のファン２４に向けて供給される冷却風（気流）の速度と流量を、効率よく、最大限に、向上できる。
【００２９】
また、図２から明らかなように、第１および第２のダクト部材２３ａ，２３ｂを、両者が直角に折れ曲がる角部において、２つの部品に分割したことで、ダクト部材の製造性が向上される。なお、上述したように、ダクト部材の一部を近接する電源部の外装ケースの一部で共用したことにより、部品点数も低減される。
【００３０】
第２のファン２４の下流側には、通路２３およびランプボックス３内、特にリフレクタ３２の周囲および電源部４内を案内された気流を筐体２の所定の位置に設けられた排気口２５に向けて送出する第３のファン２６が設けられている。なお、第３のファン２６は、例えば一般的な軸流型のファンである。また、第３のファン２６の近傍には第３のファン２６により引き込まれる気流が、排気口２５に向けて放出される気流と混じることを抑制する整流板２７，２８が設けられている。
【００３１】
次に、筐体２内の気流について説明する。
【００３２】
第１のファン２２により筐体内部に吸入された気流は、通路２３と電源部４内への流入分とに分岐され、最終的に、第３のファン２６により筐体２の外部へ排出される。
【００３３】
図３に抜き出して示すように、通路２３に流入された気流は、ランプボックス３（放電灯３１）に比較して発熱（温度の上昇）の少ない画像生成装置５１、画像生成装置５１の投射光学系５３とランプボックス３との間（ライトパイプ５１−３（図５参照）とカラーフィルタ５１−２（図５参照））、ならびに最も発熱の多いランプボックス３内部の順に案内され、第３のファン２６により筐体２の外部へ送出される。
【００３４】
換言すると、通路２３を流れる気流は、耐熱性（保障温度）の低い要素（冷却対象）から順に、冷却可能である。このことは、既に温度が上昇した気流（冷却風）が耐熱温度に低い冷却対象に供給されることを抑止可能であり、筐体２の内部に配置されるさまざまな要素（冷却対象）を、効率よく冷却可能である。すなわち、既に温度が上昇された冷却風が保障温度の低い冷却対象に供給されることで、保障温度の低い冷却対象の温度が不所望に上昇されることが、防止できる。同時に、冷却能力が残存している冷却風を、（冷却風が）筐体２の外部へ排出される前に、最も温度の高い（発熱量の多い）要素の冷却に利用でき、冷却効率が、一層向上される。
【００３５】
なお、このことは、冷却対象（冷却すべき要素）の耐熱温度（保障温度）と関連付けた場合に、（本実施例を例とした一例であるが）    
画像生成装置(ＤＭＤ)  ＜  ライトパイプ(入射光学系)、    
ライトパイプ  ＜  ライトボックス（光源）    
と表すことができる。
【００３６】
通路２３とランプボックス３との間に位置される第２のファン２４は、例えばシロッコファン（遠心多翼型ファン）であり、通路２３を案内された気流の多くがランプボックス３側（図示しない回転軸に直交する方向）へ放出される。すなわち、画像生成装置５１を冷却した気流は、ランプボックス３内部、特にリフレクタ３２の冷却に、引き続いて利用される。
【００３７】
第２のファン２４の軸に沿って案内される気流（軸流）は、そのまま第３のファン２６により筐体２の外部へ排出される。
【００３８】
吸気口２１を介して筐体内部に導入され、電源部４内への流入された気流は、電源部４の冷却に利用され、引き続きランプボックス３内の冷却に利用される。従って、電源部４を冷却した気流は、ランプボックス３内の冷却に、引き続き利用される。この場合においても、ランプボックス（光源）３よりも温度上昇の小さい（発熱が少ない）電源部４を冷却した冷却風を、（冷却風が）筐体２の外部へ排出される前に、最も温度の高い（発熱量の多い）要素の冷却に利用でき、冷却効率が、一層向上される。
【００３９】
なお、筐体２の電源部４が面する側に、吸気口を追加することで、第１のファン２２により筐体内部に導入される気流とは独立に、第３のファン２６による吸入により電源部４およびランプボックス３を冷却可能な新たな気流が確保されてもよい（図１には、気流の流れのみを矢印で記載してある）。もちろん、吸気ファンと排気ファンとを用いる冷却系においては、プッシュ−プル方式とすることにより、冷却効率を一層高めることが可能であり、本発明にも適用できることはいうまでもない。
【００４０】
図５は、図１（ないし図４）に示した画像生成装置により画像を表示する方法の一例を示す。なお、図５においては、画像生成装置を、ＤＭＤとした反射型投写表示装置を例に説明する。
【００４１】
画像生成装置５１は、入射光学系５２により供給されるランプボックス３の放電灯３１からの光を外部から供給される映像信号で空間変調して、投写光学系５３に出力するもので、例えばデジタルマイクロミラーデバイス（以下ＤＭＤと称する）５１−１が利用可能である。
【００４２】
画像生成装置５１が、例えばＤＭＤ５１−１である場合は、放電灯３１とＤＭＤ５１−１との間に、予め決められた順で、Ｒ，Ｇ，Ｂの映像信号に対応して白色光の所定の色成分を遮断するカラーフィルタ５１−２が設けられる。また、ＤＭＤ５１−１とカラーフィルタ５１−２との間に、カラーフィルタ５１−２に照射される白色光の面内の強度分布を均一化する均一化光学系５１−３が組み込まれる。均一化光学系５１−３は、好ましくはライトパイプ（カライド）等である。
【００４３】
なお、ライトパイプ５１−３は、内部に案内される光の波面を任意数、例えばモザイク模様状に分割することにより面内の強度を均一化するもので、カラーフィルタ５１−２を通過した光の波面内に特定の位置で中心（ピーク）が生じて、円形リング状に、中心から離れるに従って暗くなる（光強度が下がる）ことを抑止できる。すなわち、ライトパイプを用いることにより、拡大投写された画面の四隅が暗くなることが低減される。
【００４４】
しかし、ライトパイプの特性として、入射光を複数に分割し、それぞれの光を任意方向に反射させるための複数の鏡を組み合わせた構造であることにより、耐熱性（保障温度）が必ずしも十分に確保できないことを考慮する必要がある。
【００４５】
投写光学系５３は、詳述しないが、像面湾曲等の投影時に露呈する収差成分の大きさが所定の範囲内に制御された拡大投影系であれば、周知のさまざまな形状および方式が利用可能である。なお、投写光学系５３は、ＤＭＤ５１−１により生成される画像の左右方向および上下方向に関連付けられ、および／または、最終段のレンズとの間の光路長を維持した状態で筐体２の外側に向けられるレンズ面までの距離（レンズの大きさ）を低減する目的で、１以上のミラーが一体的に用いられるものであってもよい。
【００４６】
より詳細には、光源すなわちランプボックス３の放電灯３１からの白色光は、カラーフィルタ５１−２の任意の色のフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に照射され、画像投写部５のライトパイプ（均一化光学系）５１−３に照射される。なお、カラーフィルタ５１−２は、図示しないモータにより所定の回転数で回転される。
【００４７】
カラーフィルタ５１−２の各色のフィルタを透過し、ライトパイプ５１−３を通過して波面の強度が均一化された光（Ｒ，Ｇ，Ｂの色成分光）は、レンズ５１−４を介して、ＤＭＤ５１−１の詳述しない画像形成面に集光される。
【００４８】
画像形成面は、マトリクス状に配置された任意数のマイクロミラーを含む。個々のマイクロミラーは、信号処理部６を通じて供給される映像信号に基づいて、その傾きが制御される。すなわち、カラーフィルタ５１−２により所定の色が与えられた光は、映像信号に応じて角度が制御された個々のミラーの角度に応じて、所定方向に反射される。従って、投写光学系（拡大レンズ系）５３に、マトリクス状の画像形成面の位置情報に従って反射された光が、投写画像（出力映像）として、出力される。
【００４９】
なお、画像生成装置に、光透過型の光空間変調素子、例えば液晶パネルを用い、ランプボックスと投写光学系の位置関係を変更することにより、周知の投写型表示装置も、容易に実現可能である。
【００５０】
また、本発明の実施形態が適用可能な投写型表示装置においては、映像信号の処理や、装置の制御等に利用される回路基板（図示せず）を、特別に冷却が必要な素子等を用いることなく、安価に回路構成を可能としたことにより、上述した冷却風のルート（通路）を必要としない。とは言え、回路基板を冷却する必要が生じた場合には、個別に冷却手段を設けることは可能である。
【００５１】
以上説明したように、本発明においては、装置に内部に取り入れた冷却風を、耐熱温度の低い要素（冷却対象）から冷却可能に装置内部で案内し、耐熱温度の低い要素の冷却に利用された冷却風を、耐熱温度の高い冷却対象を冷却可能に装置内部に誘導することで、冷却風による冷却効率を高めることができる。
【００５２】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、個々の実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態が適用される投写型表示装置の一例を示す概略図。
【図２】図１に示した投写型表示装置の気流通路の一例を説明する概略図。
【図３】図１に示した投写型表示装置の最も特徴のある気流の流れを説明する概略図。
【図４】図１に示した投写型表示装置の気流通路において、最初に冷却される要素を説明する概略図。
【図５】図１に示した投写型表示装置により画像を表示する方法を説明する概略図。
【符号の説明】
【００５４】
１…投写型表示装置、２…筐体、２１…吸気口、２２…第１のファン、２３…通路、２３ａ，２３ｂ…ダクト部材、２４…第２のファン（シロッコファン）、２５…排気口、２６…第３のファン、２７，２８…整流板、３…ランプボックス（光源）、３１…放電灯、３２…リフレクタ、４…電源部、５…画像投写部、５１…画像生成装置、５１−１…ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）、５１−２…カラーフィルタ、５１−３…ライトパイプ（均一化光学系）、５１−４…レンズ、５２…入射光学系、５３…拡大レンズ系（投写光学系）、６…信号処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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